DE102012104996A1 - Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector - Google Patents

Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector Download PDF

Info

Publication number
DE102012104996A1
DE102012104996A1 DE201210104996 DE102012104996A DE102012104996A1 DE 102012104996 A1 DE102012104996 A1 DE 102012104996A1 DE 201210104996 DE201210104996 DE 201210104996 DE 102012104996 A DE102012104996 A DE 102012104996A DE 102012104996 A1 DE102012104996 A1 DE 102012104996A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
energy
solar thermal
heat
photovoltaic module
solar
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE201210104996
Other languages
German (de)
Inventor
Martin Amberger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Munich Modul GmbH
Original Assignee
Munich Modul GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Munich Modul GmbH filed Critical Munich Modul GmbH
Priority to DE201210104996 priority Critical patent/DE102012104996A1/en
Publication of DE102012104996A1 publication Critical patent/DE102012104996A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D11/00Central heating systems using heat accumulated in storage masses
    • F24D11/02Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps
    • F24D11/0214Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system
    • F24D11/0221Central heating systems using heat accumulated in storage masses using heat pumps water heating system combined with solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/10Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface
    • F24S25/11Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules extending in directions away from a supporting surface using shaped bodies, e.g. concrete elements, foamed elements or moulded box-like elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/60Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S25/63Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules for fixing modules or their peripheral frames to supporting elements
    • F24S25/632Side connectors; Base connectors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02SGENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H02S40/40Thermal components
    • H02S40/44Means to utilise heat energy, e.g. hybrid systems producing warm water and electricity at the same time
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/02Photovoltaic energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/12Heat pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2200/00Heat sources or energy sources
    • F24D2200/14Solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D2220/00Components of central heating installations excluding heat sources
    • F24D2220/10Heat storage materials, e.g. phase change materials or static water enclosed in a space
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10Solar modules layout; Modular arrangements
    • F24S2020/17Arrangements of solar thermal modules combined with solar PV modules
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/0034Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material
    • F28D20/0039Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using liquid heat storage material with stratification of the heat storage material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/02Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using latent heat
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/20Solar thermal
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/70Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47Mountings or tracking
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/60Thermal-PV hybrids

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

The energy concept system (1) has a solar thermal collector (2) for the collection of the thermal energy from solar energy. A latent heat storage unit (12) stores the thermal energy. A heat pump (13) distributes the thermal energy to a photovoltaic module (3) through the solar thermal collector. A temporary storage device (15) stores the thermal energy temporarily. The photovoltaic module is connected to the heat pump for temporary power supply of the heat pump. An independent claim is included for a method for operating the energy concept system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiekonzeptsystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiekonzeptsystems.The present invention relates to an energy concept system and a method for operating such an energy concept system.

Es hat sich gezeigt, dass die künftige Energieversorgung auf erneuerbaren Energiequellen beruhen muss. Zudem sollte die Energieversorgung soweit wie möglich lokal am Verbrauchsort errichtet beziehungsweise vorgesehen werden. Hierzu sind Ansätze bekannt, bei denen Solarenergie durch Photovoltaik auf Dächern von Gebäuden genutzt wird. Die Nutzungsmöglichkeiten der solaren Strahlungsenergie an Gebäuden sind aber mit der Gewinnung von Strom alleine noch lange nicht ausgeschöpft. Da nur ein sehr geringer Teil von ca. 15% mit der heutigen Technik in Strom umgewandelt werden kann, werden somit 85% der Strahlungsenergie ungenutzt, zum größten Teil als Wärme in die Umgebung abgegeben. Gerade aber Wärme stellt den eigentlichen Hauptbedarf in Wohngebäuden dar. It has been shown that the future energy supply must be based on renewable energy sources. In addition, the energy supply should as far as possible be built or provided locally at the place of consumption. For this purpose, approaches are known in which solar energy is used by photovoltaic on roofs of buildings. However, the potential uses of solar radiation energy on buildings are far from exhausted with the generation of electricity alone. Since only a very small part of about 15% can be converted into electricity with today's technology, thus 85% of the radiant energy is spent unused, for the most part as heat in the environment. But heat is the main requirement in residential buildings.

Zudem ist es bekannt aus Solarenergie Wärmeenergie beispielsweise durch solarthermische Kollektoren zu erhalten. Bei diesen bekannten Kollektoren ist es allerdings nachteilig, dass diese auf einem hohen Temperaturniveau betrieben werden müssen, um ausreichend Wärme für die Versorgung eines Gebäudes mit Warmwasser und/oder zum Heizen eines Gebäudes liefern zu können.In addition, it is known from solar energy to obtain thermal energy, for example by solar thermal collectors. In these known collectors, however, it is disadvantageous that they must be operated at a high temperature level in order to provide sufficient heat for the supply of a building with hot water and / or for heating a building.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine Lösung zu schaffen, mittels derer die Solarenergie effizient in einem Gebäude genutzt werden kann.Object of the present invention is therefore to provide a solution by means of which the solar energy can be used efficiently in a building.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, indem unterschiedliche Komponenten auf einander angepasst in einem System betrieben werden. Insbesondere liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Aufgabe gelöst werden kann, in dem eine Lösung genutzt wird, mittels derer das vorhandene Potential der Strahlungsenergie wesentlich umfänglicher als bisher genutzt wird und das Angebot mit dem Bedarf in Einklang gebracht werden kann.The invention is based on the finding that this object can be achieved by operating different components adapted to one another in a system. In particular, the invention is based on the finding that the problem can be solved, in which a solution is used, by means of which the existing potential of the radiation energy is used much more extensively than before and the supply can be reconciled with the need.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung daher ein Energiekonzeptsystem, das zumindest einen solarthermischen Kollektor zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Solarenergie, zumindest einen Latentwärmespeicher zur Speicherung von Wärmeenergie, eine Wärmepumpe zur zumindest zeitweiligen Einbringung von Wärmeenergie und zumindest ein Photovoltaik-Modul, das zumindest teilweise dem solarthermischen Kollektor Wärmeenergie zuführt, umfasst.According to a first aspect, the invention therefore relates to an energy concept system, the at least one solar thermal collector for recovering heat energy from solar energy, at least one latent heat storage for storing heat energy, a heat pump for at least temporarily introducing heat energy and at least one photovoltaic module, at least partially the Solar thermal collector supplies thermal energy includes.

Als Energiekonzeptsystem wird insbesondere ein Energiemanagementsystem mit den für die Energieversorgung eines Gebäudes erforderlichen Komponenten verstanden. Insbesondere umfasst das Energiekonzeptsystem vorzugsweise eine Erzeugungsebene, in der Energie aus Solarenergie gewonnen wird und eine Managementebene, in der die aus der Solarenergie gewonnene Energie verwaltet wird. Die Erzeugungsebene ist über die Managementebene mit einer Verbrauchsebene verbunden, in der die aus der Solarenergie gewonnene Energie verwendet wird. Die Komponenten der Verbrauchsebene, wie insbesondere die Warmwasserversorgung und die Heizung und/oder Kühlung des Gebäudes werden erfindungsgemäß nicht als Teil des Energiekonzeptsystems verstanden, sondern sind mit dem Energiekonzeptsystem verbunden.As an energy concept system is understood in particular an energy management system with the necessary components for the energy supply of a building. In particular, the energy concept system preferably comprises a generation level in which energy is derived from solar energy and a management level in which the energy derived from the solar energy is managed. The generation level is linked through the management level to a consumption level that uses energy derived from solar energy. The components of the consumption level, such as in particular the hot water supply and the heating and / or cooling of the building are not understood according to the invention as part of the energy concept system, but are connected to the energy concept system.

Das Energiekonzeptsystem umfasst erfindungsgemäß zumindest einen solarthermischen Kollektor, zumindest einen Latentwärmespeicher, zumindest eine Wärmepumpe und zumindest ein Photovoltaik-Modul. Der zumindest eine solarthermische Kollektor und das zumindest eine Photovoltaik-Modul stellen Komponenten der Erzeugungsebene dar. Die zumindest eine Wärmepumpe und der zumindest eine Latentwärmespeicher stellen Komponenten der Managementebene dar. Erfindungsgemäß sind vorzugsweise mehrere Photovoltaik-Module und mehrere solarthermische Kollektoren vorgesehen. Im Folgenden wird zum einfacheren Verständnis in der Regel nur auf ein Photovoltaik-Modul oder eine Photovoltaik und einen solarthermischen Kollektor oder eine Solarthermie Bezug genommen. Die Ausführungen gelten aber entsprechend für mehrere Photovoltaik-Module und mehrere solarthermische Kollektoren. Das Photovoltaik-Modul wird im Folgenden auch als Photovoltaikmodul oder PV-Modul bezeichnet. Der solarthermische Kollektor wird im Folgenden auch als Solarthermie-Kollektor oder ST-Kollektor bezeichnet. Als Photovoltaik-Modul wird im Sinne der Erfindung ein Modul verstanden, das zumindest eine Solarzelle aufweist, um aus der auf das PV-Modul einstrahlenden Solarstrahlung elektrischen Strom zu gewinnen. Gemäß der vorliegenden Erfindung dient das Photovoltaik-Modul zusätzlich dazu zumindest teilweise dem solarthermischen Kollektor Wärmeenergie zuzuführen. Insbesondere wird die Wärmeleitung eines Photovoltaik-Moduls verwendet, um dem solarthermischen Kollektor Wärmeenergie zuzuführen. Die Photovoltaik, die aus einem oder mehreren PV-Modulen besteht und die Solarthermie, die aus einem oder mehreren solarthermischen Kollektoren besteht, bilden zusammen ein Solarenergiesystem.The energy concept system according to the invention comprises at least one solar thermal collector, at least one latent heat storage, at least one heat pump and at least one photovoltaic module. The at least one solar thermal collector and the at least one photovoltaic module represent components of the generation level. The at least one heat pump and the at least one latent heat storage represent components of the management level. According to the invention, a plurality of photovoltaic modules and a plurality of solar thermal collectors are preferably provided. In the following, for the sake of clarity, generally only reference is made to a photovoltaic module or a photovoltaic and a solar thermal collector or a solar thermal. However, the explanations apply accordingly to several photovoltaic modules and several solar thermal collectors. The photovoltaic module is also referred to below as a photovoltaic module or PV module. The solar thermal collector is also referred to below as a solar thermal collector or ST collector. Within the meaning of the invention, a photovoltaic module is understood to mean a module which has at least one solar cell in order to obtain electric current from the solar radiation radiating onto the PV module. In addition, according to the present invention, the photovoltaic module is at least partially used to supply thermal energy to the solar thermal collector. In particular, the heat conduction of a photovoltaic module is used to supply thermal energy to the solar thermal collector. The photovoltaic, which consists of one or more PV modules and the solar thermal, which consists of one or more solar thermal collectors, together form a solar energy system.

Als solarthermischer Kollektor wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Bauteil verstanden, in dem die aus der Solarstrahlung stammende Wärmeenergie auf ein Wärmeübertragungsmedium, insbesondere eine in dem solarthermischen Kollektor geführte Flüssigkeit, übertragen wird. Die aus der Solarstrahlung stammende Wärme kann erfindungsgemäß auch die von einem Photovoltaikmodul durch Wärmeleitung abgegebene Wärme sein.For the purposes of the present invention, a solar thermal collector is a component in which the heat energy originating from the solar radiation is transferred to a heat transfer medium, In particular, a guided in the solar thermal collector liquid is transferred. According to the invention, the heat originating from the solar radiation can also be the heat released by a photovoltaic module by heat conduction.

Der mindestens eine Latentwärmespeicher dient erfindungsgemäß zur Speicherung von Wärmeenergie. Als Latentwärmespeicher wird hierbei ein Langzeitspeicher für Wärmeenergie verstanden. Erfindungsgemäß ist vorzugsweise ein einziger Latentwärmespeicher für ein Gebäude oder auch für mehrere Gebäude vorgesehen. The at least one latent heat storage used according to the invention for the storage of heat energy. As latent heat storage here is a long-term storage for thermal energy understood. According to the invention, a single latent heat storage is preferably provided for a building or even for several buildings.

Es ist aber auch möglich mehrere Latentwärmespeicher für ein Gebäude zu verwenden. Der Latentwärmespeicher wird im Folgenden auch als Langzeitwärmespeicher oder saisonaler Wärmespeicher bezeichnet.But it is also possible to use several latent heat storage for a building. The latent heat storage is referred to below as a long-term heat storage or seasonal heat storage.

Die mindestens eine Wärmepumpe, die erfindungsgemäß vorgesehen ist, dient erfindungsgemäß zur zumindest zeitweiligen Einbringung von Wärmeenergie. Insbesondere stellt die Wärmepumpe vorzugsweise eine Maschine dar, die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur aufnimmt und – zusammen mit der Antriebsenergie – als Nutzwärme auf eine Heizflüssigkeit mit höherer Temperatur überträgt. Die Wärmepumpe macht es somit möglich, nach Bedarf, zeitnah direkt nutzbare Wärme aus verschiedenen Temperaturniveaus bereit zu stellen. The at least one heat pump, which is provided according to the invention, is used according to the invention for the at least temporary introduction of heat energy. In particular, the heat pump is preferably a machine that absorbs thermal energy from a reservoir with lower temperature by using technical work and - together with the drive energy - transfers as useful heat to a heating fluid with a higher temperature. The heat pump thus makes it possible, as needed, to provide directly usable heat from different temperature levels in a timely manner.

Indem bei dem erfindungsgemäßen Energiekonzeptsystem zumindest einen solarthermischen Kollektor, zumindest einen Latentwärmespeicher, zumindest eine Wärmepumpe und zumindest ein Photovoltaik-Modul, das zumindest teilweise dem solarthermischen Kollektor Wärmeenergie zuführt, vorhanden sind, kann die aus der Solarenergie gewinnbare Energie maximiert und deren Nutzung optimiert werden. Insbesondere ist es möglich, die Strahlungsenergie, die auf das Dach eines Gebäudes fällt aus, vollständig zu nutzen. Hierdurch kann aufgrund des mittlerweile geringeren Energiebedarfs moderner Gebäude durch das Energiekonzeptsystem bereitgestellte Energie ausreichen, um den gesamten Energiebedarf beispielsweise eines typischen Einfamilienhauses zu decken. Dies wird durch das Zusammenspiel beziehungsweise die funktionale Verbindung der Komponenten des Systems untereinander möglich. Beispielsweise wird durch das PV-Modul zumindest ein Teil der Wärme an den ST-Kollektor abgegeben. Hierdurch wird zum einen die an dem ST-Kollektor erzielbare Wärmeenergie erhöht. Zum anderen wird aber hierdurch auch die Effizienz des PV-Moduls gesteigert, da der ST-Kollektor zur Kühlung des PV-Moduls dient und ein PV-Modul in der Regel bei geringeren Temperaturen einen höheren Wirkungsgrad besitzt. Die gekühlte Photovoltaik erreicht einen höheren Wirkungsgrad und damit einen höheren Jahresertrag von ca. 5–10%. Da zudem eine Wärmepumpe und ein Speicher vorgesehen sind, ist es möglich die Temperaturniveaus, die von Verbrauchern, wie beispielsweise der Warmwasserversorgung eines Gebäudes, benötigt werden, auch bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen, beispielsweise unterschiedlichen Jahreszeiten, zur Verfügung zu stellen.By having at least one solar thermal collector, at least one latent heat accumulator, at least one heat pump and at least one photovoltaic module which at least partially supplies thermal energy to the solar thermal collector, in the energy concept system according to the invention, the energy recoverable from the solar energy can be maximized and its use optimized. In particular, it is possible to fully utilize the radiant energy that falls on the roof of a building. As a result, due to the meanwhile lower energy demand of modern buildings, the energy supplied by the energy concept system can be sufficient to cover the total energy demand, for example, of a typical single-family home. This is made possible by the interaction or the functional connection of the components of the system with each other. For example, at least part of the heat is delivered to the ST collector by the PV module. As a result, on the one hand, the recoverable at the ST collector heat energy is increased. On the other hand, however, this also increases the efficiency of the PV module, since the ST collector is used for cooling the PV module and a PV module usually has a higher efficiency at lower temperatures. The cooled photovoltaic achieves a higher efficiency and thus a higher annual yield of approx. 5-10%. In addition, since a heat pump and a memory are provided, it is possible to provide the temperature levels required by consumers, such as the hot water supply of a building, even in different environmental conditions, such as different seasons available.

Weiterhin wird bei dem Energiekonzeptsystem durch den Einsatz von Speichern dem schwankenden Energieangebot Rechnung getragen. Hierbei ist zu beachten, dass das Energieangebot durch das erfindungsgemäß eingesetzte Solarenergiesystem, insbesondere durch die Kombination und den Kontakt zwischen der Solarthermie und der Photovoltaik zwar ausreichend zur Verfügung gestellt wird, allerdings aber schwankt.Furthermore, in the energy concept system through the use of storage the fluctuating energy supply is taken into account. It should be noted that, although the energy supply by the solar energy system used in the invention, in particular by the combination and the contact between the solar thermal and the photovoltaic is made sufficiently available, but fluctuates.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Photovoltaik-Modul mit der mindestens einen Wärmepumpe zur zumindest zeitweiligen Stromversorgung der Wärmepumpe verbunden. Die Verbindung stellt eine elektrische Verbindung dar. Indem der an dem PV-Modul erzeugte Strom zumindest teilweise und/oder zumindest zeitweise für den Betrieb der Wärmepumpe verwendet wird, kann das Energiekonzeptsystem als geschlossenes System arbeiten, bei dem außer der Solarenergie keine weitere Energiequelle notwendig ist. Insbesondere wird der aus ökologischer Sicht wesentliche Nachteil einer Wärmepumpe, nämlich der hohe Primärenergieeinsatz, durch den Einsatz von Photovoltaik-Strom zumindest bilanziell eliminiert. Weiterhin weist die Ausführungsform den Vorteil auf, dass der aus Kostengründen attraktive Eigenverbrauch von Photovoltaik-Strom maximiert wird.According to a preferred embodiment, the at least one photovoltaic module is connected to the at least one heat pump for the at least temporary power supply of the heat pump. The connection represents an electrical connection. By using the power generated at the PV module at least partially and / or at least temporarily for the operation of the heat pump, the energy concept system can operate as a closed system, in which apart from the solar energy no further energy source is necessary , In particular, the ecological disadvantage of a heat pump, namely the high use of primary energy, is at least eliminated by the use of photovoltaic power. Furthermore, the embodiment has the advantage that the cost attractive self-consumption of photovoltaic power is maximized.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform stellt der Latentwärmespeicher einen Niedertemperatur-Wärmespeicher, insbesondere ein Eisspeicher, dar. Als Niedertemperatur- oder Niedrigtemperatur-Wärmespeicher wird hierbei ein vorzugsweise ein Wärmespeicher verstanden, bei dem das Prinzip des Phasenübergangs fest-flüssig (Erstarren-Schmelzen) genutzt wird. Bei dem besonders bevorzugten Eisspeicher wird beispielsweise die beim Phasenübergang vom flüssigen Wasser zum festen Eis freiwerdende Wärme genutzt. According to a preferred embodiment, the latent heat storage is a low-temperature heat storage, in particular an ice storage. As a low-temperature or low-temperature heat storage here is preferably a heat storage understood in which the principle of phase transition solid-liquid (solidification-melting) is used. In the particularly preferred ice storage, for example, the heat released during the phase transition from the liquid water to the solid ice is utilized.

Die Vorteile der Verwendung eines Niedertemperatur-Wärmespeichers sind zahlreich. Insbesondere kann durch Kühlung der Solarthermie mittels des Niedertemperaturspeichers ein Effizienzgewinnen für die Photovoltaik und die Solarthermie erzielt werden. Hierzu ist die Solarthermie mit dem Latentwärmespeicher vorzugsweise über einen Wärmetauscher verbunden. Zusätzlich kann von der Wärmepumpe aus die Solarthermie gekühlt werden. In Wärmeperioden kann zudem durch die Verwendung eines Niedertemperatur-Wärmespeichers auch für Wohnräume ohne Mehraufwand Kühlkapazität zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise ist der Niedertemperatur-Wärmespeicher ein Untergrund-Wärmespeicher. Ein solcher im Erdreich vergrabener Speicher muss aufgrund der geringen Speichertemperaturen nicht gedämmt werden, da kein nennenswerter Wärmeverlust an die Umgebung zu befürchten ist. Im Gegenteil, wird während der Phase der Entladung des Niedertemperatur-Wärmespeichers ein zusätzlicher Energieeintrag aus der Umgebung, dem Erdreich, in den Speicher stattfinden. Durch die Nutzung der Latentwärme beim Phasenübergang von Wasser zu Eis kann zudem in einem kompakten Volumen eine große Menge Energie gespeichert werden. Zusätzlich wird damit die Minimaltemperatur der Energiequelle festgelegt, was die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe positiv beeinflusst.The benefits of using a low temperature heat storage are numerous. In particular, can be achieved by cooling the solar thermal energy by means of the low-temperature storage efficiency gains for photovoltaic and solar thermal. For this purpose, the solar thermal energy is preferably connected to the latent heat storage device via a heat exchanger. In addition, the solar heat can be cooled by the heat pump. In Heat periods can also be made available by using a low-temperature heat storage for living spaces without additional expense cooling capacity. Preferably, the low-temperature heat storage is a background heat storage. Such a buried in the ground memory must not be insulated because of the low storage temperatures, since no appreciable loss of heat to the environment is to be feared. On the contrary, an additional energy input from the environment, the soil, will take place in the memory during the phase of discharge of the low-temperature heat storage. By using the latent heat in the phase transition from water to ice can also be stored in a compact volume, a large amount of energy. In addition, this determines the minimum temperature of the energy source, which positively influences the efficiency of the heat pump.

Um die Vorteile, die sich aus der Festlegung auf ein niedriges Temperaturniveau ergeben, effizient nutzen zu können, ist eine Wärmepumpe, die latent gespeicherte Energie auf ein sinnvolles Niveau hebt, von elementarer Bedeutung.In order to make efficient use of the benefits of setting at a low temperature level, a heat pump that raises latently stored energy to a meaningful level is of key importance.

Der Einsatz von Wärmespeichern ist für kleine Energiemengen in Form von Wasserpufferspeicher bekannt. Sehr viel seltener werden saisonale Wärmespeicher eingesetzt. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Latentwärmespeicher, der vorzugsweise einen saisonalen Wärmespeicher, insbesondere einen Eisspeicher darstellt, ein wichtiges Element im Energiekonzeptsystem, da dieser nicht nur Energie speichert, sondern auch die Effizienz der Erzeugungselemente, insbesondere der Solarthermie und der Photovoltaik, deutlich steigert. Diese doppelte Funktion der Speicherung und der Effizienzsteigerung wird durch die Wahl eines niedrigen Temperaturniveaus erreicht. The use of heat accumulators is known for small amounts of energy in the form of water buffer storage. Seasonal heat storage is used much less often. In the present invention, the latent heat storage, which preferably represents a seasonal heat storage, in particular an ice storage, an important element in the energy concept system, as this not only stores energy, but also significantly increases the efficiency of the generating elements, in particular solar thermal and photovoltaic. This dual function of storage and efficiency enhancement is achieved by choosing a low temperature level.

Im Folgenden wird der Be- und Entladezyklus des saisonalen Latentwärmespeichers beschrieben.The following describes the loading and unloading cycle of seasonal latent heat storage.

Erfindungsgemäß wird in dem Niedertemperatur-Wärmespeicher bevorzugt Wasser als Medium verwendet, da dieses eine sehr hohe Wärmekapazität im Phasenübergang aufweist und unter Umweltgesichtspunkten vollkommen unbedenklich ist.According to the invention, preference is given to using water as the medium in the low-temperature heat store, since this has a very high heat capacity in the phase transition and is completely harmless from an environmental point of view.

Der typische Temperaturbereich innerhalb dessen ein solcher Speicher betrieben wird, liegt deshalb zwischen 0°C–20°C.The typical temperature range within which such a memory is operated, therefore lies between 0 ° C-20 ° C.

Die untere Grenze ist durch den Phasenwechsel Wasser-Eis festgelegt, die obere Grenze ergibt sich aus der Anforderung der Kühlfähigkeit, wobei dieser Grenzwert fließend ist. Der Speicher ist dann voll entladen, wenn das zurückfließende Kältemittel, das den Energietransfer zwischen dem Speicher und der Wärmepumpe herstellt, gerade noch 0°C erreicht. Wird der Speicher weiter abgekühlt, deutlich unter 0°C, ist er überentladen. Dieser Betriebszustand ist zwar technisch möglich, aber unerwünscht, da die Leistungszahl der Wärmepumpe deutlich schlechter wird.The lower limit is determined by the phase change water-ice, the upper limit results from the requirement of cooling ability, this limit is fluent. The accumulator is fully discharged when the recirculating refrigerant, which produces the energy transfer between the accumulator and the heat pump, reaches just 0 ° C. If the tank continues to cool, well below 0 ° C, it is over-discharged. This operating state is technically possible, but undesirable because the coefficient of performance of the heat pump is significantly worse.

Grundsätzlich ist es wünschenswert die Speichertemperatur so hoch wie möglich zu halten, also den unteren Grenzpunkt nicht zu erreichen. Da allerdings 85% der gespeicherten Energie in diesem Konzept im Phasenübergang stecken, würde dies sehr große Speichervolumina notwendig machen, die dem Konzept dann die ökonomische Grundlage entziehen.In principle, it is desirable to keep the storage temperature as high as possible, ie not reach the lower limit point. However, since 85% of the stored energy in this concept is in the phase transition, this would require very large storage volumes, which then deprive the concept of the economic basis.

Ein zu kleines Speichervolumen ist sowohl energetisch als auch aus Kostengründen zu vermeiden. Im Sommer verliert man die Kühlfähigkeit und im Winter muss die Wärmepumpe übermäßig viel Arbeit leisten. Wohingegen ein zu groß gewähltes Speichervolumen energetisch sinnvoll bleibt, aber die erhöhten Investitionskosten nicht zurückfließen. Der Latentwärmespeicher wird daher vorzugsweise geringfügig überdimensioniert.Too small a storage volume is to be avoided both energetically and for cost reasons. In the summer you lose the cooling ability and in winter the heat pump has to do a lot of work. Whereas a too large chosen storage volume remains energetically meaningful, but the increased investment costs do not flow back. The latent heat storage is therefore preferably slightly oversized.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird vorzugsweise der solarthermische Kollektor als Niedertemperatur-Kollektor betrieben. Besonders bevorzugt nutzt der solarthermische Kollektor beziehungsweise die durch diesen gebildete Solarthermie (die im Folgenden auch kurz als ST bezeichnet wird) die Abwärme, die bei dem Betrieb des Photovoltaik-Moduls zwangsläufig entsteht. Die Niedertemperatur ST (NT-ST) hat einen besseren Wirkungsgrad gegenüber Hochtemperaturvarianten mit 80°C Nutztemperatur. Das Temperaturniveau der ST liegt dabei nicht wie üblich zwischen 60°–80°C sondern deutlich niedriger, bei beispielsweise 20°–30°C. Damit wird eine aktive Kühlung des Photovoltaik-Moduls erreicht, welches ansonsten unter Volllast Temperaturen bis zu 60°C erreichen kann und dabei zu deutlichen Ertragsverlusten führt. Gleichzeitig wird die Wärmeträgerflüssigkeit im Solarthermiekreislauf um beispielsweise 10°K erwärmt. Das zur direkten Nutzung noch zu geringe Temperaturniveau der ST wird mit Hilfe der Wärmepumpe auf brauchbare beziehungsweise nutzbare Temperaturen von beispielsweise 50°C angehoben. According to a further embodiment, the solar thermal collector is preferably operated as a low-temperature collector. Particularly preferably, the solar thermal collector or the solar thermal energy formed by it (which is also referred to below as ST for short) utilizes the waste heat which inevitably arises during the operation of the photovoltaic module. The low temperature ST (NT-ST) has a better efficiency compared to high temperature versions with 80 ° C working temperature. The temperature level of the ST is not as usual between 60 ° -80 ° C but much lower, for example, 20 ° -30 ° C. This achieves active cooling of the photovoltaic module, which otherwise can reach temperatures of up to 60 ° C under full load, resulting in significant yield losses. At the same time, the heat transfer fluid in the solar thermal cycle is heated by, for example, 10 ° K. The temperature level of the ST, which is still too low for direct use, is raised to usable or useable temperatures, for example 50 ° C., with the aid of the heat pump.

Zudem ist vorzugsweise eine Rückkopplung von dem Niedertemperatur-Wärmespeicher zu der Solarthermie gegeben, so dass eine Kühlung der Solarthermie und dadurch der Photovoltaik, die vorzugsweise mit der Solarthermie in Kontakt steht, ermöglicht wird.In addition, a feedback from the low-temperature heat storage is preferably given to the solar thermal, so that a cooling of the solar thermal and thereby the photovoltaic, which is preferably in contact with the solar thermal, is made possible.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Energiekonzeptsystem einen Kurzzeitspeicher zur Speicherung von Wärme, insbesondere in Form eines Schichtenspeichers.According to one embodiment, the energy concept system comprises a short-term memory for Storage of heat, in particular in the form of a stratified storage.

In dem Kurzzeitspeicher für Wärme, der auch als Kurzzeitwärmespeicher bezeichnet wird, kann die erzeugte sensible Wärme, in einen Kurzzeitspeicher zwischengelagert werden, um kurzfristige Spitzen auf der „heißen“ Seite ausgleichen zu können. Die Größenordnung eines solchen Kurzzeitspeichers, der auch als Pufferspeicher bezeichnet wird, wird durch den Wärmebedarf festgelegt. Erfindungsgemäß kann dieser beispielsweise in der Größenordnung zwischen 500 und 1500l liegen.In the short-term storage for heat, which is also referred to as short-term heat storage, the generated sensible heat can be stored in a temporary storage to compensate for short-term peaks on the "hot" side can. The magnitude of such a short-term memory, which is also referred to as a buffer memory, is determined by the heat demand. According to the invention this may for example be in the order of 500 to 1500l.

Der Kurzzeitwärmespeicher wird vorzugsweise als Schichtenspeicher ausgeführt, was bedeutet, dass mindestens zwei verschiedenen Temperaturniveaus abgegriffen beziehungsweise eingelagert werden können.The short-time heat storage device is preferably designed as a stratified storage, which means that at least two different temperature levels can be tapped or stored.

Die mit dem Kurzzeitwärmespeicher verbundene Wärmepumpe kann deutlich effektiver betrieben werden, da zu Heizzwecken nur eine Temperatur von beispielsweise 35°C notwendig ist und nur die Warmwassererzeugung eine Spitzentemperatur von beispielsweise 50°C benötigt.The associated with the short-term heat storage heat pump can be operated much more effectively, since only a temperature of, for example, 35 ° C is necessary for heating purposes and only the hot water production requires a peak temperature of, for example, 50 ° C.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Energiekonzeptsystem zumindest einen Ausgang zur Heizungsanlage und/oder Kühlanlage eines Gebäudes und/oder einen Ausgang zur Warmwasserversorgung auf. Diese Verbindungen des Energiekonzeptsystems sind erfindungsgemäß von Vorteil, da durch das Energiekonzeptsystem sowohl eine Beheizung als auch eine Kühlung von Räumen möglich ist und gleichzeitig oder alternativ aber auch der Warmwasserbedarf in dem Gebäudes bedient werden kann. Zusätzlich weist das Energiekonzeptsystem eine Verbindung zu dem Stromnetz des Gebäudes auf, so dass die von dem PV-Modul erzeugte Energie, die nicht für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird, in das Stromnetz des Gebäudes eingespeist oder Verbrauchern, wie Geräten oder Licht unmittelbar zur Verfügung gestellt werden kann. Hierbei kann zusätzlich ein Stromkurzzeitspeicher, der auch als Kurzzeitstromspeicher oder Akkumulator bezeichnet wird, vorgesehen sein. Strom mit Hilfe von Akkumulatoren zu speichern ist bekannt. Allerdings verhindern bislang die, gegenüber Strom aus dem Netz, hohen Kosten eine größere Verbreitung. Das Energiekonzeptsystem sieht daher vorzugsweise vor, dass durch den Stromkurzzeitspeicher zumindest die Speicherkapazität für einen Tagesbedarf eingebunden wird, da damit bereits ein beträchtlicher Zuwachs beim Selbstversorgungsgrad möglich ist. Man kann den Eigenverbrauchsanteil von etwa 30% auf etwa 50% steigern.According to a preferred embodiment, the energy concept system has at least one output to the heating system and / or cooling system of a building and / or an outlet for hot water supply. According to the invention, these connections of the energy concept system are advantageous, since heating and cooling of rooms is possible by the energy concept system, and at the same time or alternatively, the hot water demand in the building can also be served. In addition, the energy concept system connects to the power network of the building so that the energy generated by the PV module that is not needed for operation of the heat pump is fed into the building's power grid or directly available to consumers such as appliances or lighting can be made. In this case, a current short-term memory, which is also referred to as a short-time power storage or accumulator, may additionally be provided. Storing electricity by means of accumulators is known. However, so far, to prevent electricity from the grid, high costs prevent widespread use. The energy concept system therefore preferably provides that the current short-term memory at least incorporates the storage capacity for a daily requirement, since this already enables a considerable increase in the degree of self-sufficiency. You can increase the self-consumption of about 30% to about 50%.

Da ein Heizungssystem welches auf niedrigen Vorlauftemperaturen basiert, große Massen temperiert, beispielsweise Böden, Wände, Decken, ist dieses verhältnismäßig träge. Das ermöglicht das kurzfristige Abschalten der Heizung und Hochsetzen des Temperaturniveaus an der Wärmepumpe zum Zweck der Warmwassererzeugung.Since a heating system which is based on low flow temperatures, large masses tempered, such as floors, walls, ceilings, this is relatively sluggish. This allows the short-term shutdown of the heating and raising the temperature level at the heat pump for the purpose of hot water production.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Photovoltaik-Modul mit dem mindestens einen solarthermischen Kollektor in einem Solarenergiesystem aufgenommen und vorzugsweise ist das mindestens eine Photovoltaik-Modul auf dem mindestens einen solarthermischen Kollektor angeordnet.According to a preferred embodiment, the at least one photovoltaic module with the at least one solar thermal collector is accommodated in a solar energy system, and the at least one photovoltaic module is preferably arranged on the at least one solar thermal collector.

Mithilfe einer solchen Verbindung von Photovoltaik und Solarthermie in einem Solarenergiesystem, bei dem diese Komponenten insbesondere durch mechanischen Kontakt aufeinander einwirken können, wird es möglich das Potential der Solarenergie konsequent auszuschöpfen. Das erfindungsgemäße Solarenergiesystem ist dabei aufgrund einer solchen Kombination von Photovoltaik und Solarthermie energetisch hoch effizient und eröffnet eine ganze Reihe von Synergieeffekten mit dem Potential niedriger Systemkosten für das Energiekonzeptsystem.Using such a combination of photovoltaic and solar thermal energy in a solar energy system, in which these components can interact, in particular by mechanical contact, it becomes possible to consistently exploit the potential of solar energy. The solar energy system according to the invention is energetically highly efficient due to such a combination of photovoltaic and solar thermal and opens up a whole series of synergy effects with the potential of low system costs for the energy concept system.

Bei dem Solarenergiesystem, das vorzugsweise eingesetzt wird, ist die Photovoltaik (PV) mit Solarthermie (ST) auf einer Fläche kombiniert. Die ST liegt dabei unterhalb der PV und wird in engem thermischem Kontakt gebracht und gehalten. Aus dieser Vorgehensweise ergibt sich eine Reihe von Vorteilen. Insbesondere kann durch die doppelte Nutzung der limitierten Fläche die Konkurrenzsituation zwischen ST und PV gelöst werden. Die homogene und damit möglich gewordene nahezu vollständige Dachbelegung führt zu großen Kollektorflächen mit entsprechend hohen Erträgen. In the solar energy system which is preferably used, the photovoltaic (PV) is combined with solar thermal energy (ST) on one surface. The ST is below the PV and is brought into close thermal contact and held. From this approach results in a number of advantages. In particular, the double use of the limited area can solve the competition between ST and PV. The homogeneous and thus made almost complete roof occupancy leads to large collector areas with correspondingly high yields.

Die Verwendung eines Solarenergiesystems, bei dem die Photovoltaikmodule mit den solarthermischen Kollektoren zusammengefasst sind, aber als einzelne Bauteile vorliegen, in dem Energiekonzeptsystem weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere kann ein hoher energetischer Ertrag durch hohe Flächenbelegungsdichte erzielt werden, die wiederum durch die flexible Verlegung aufgrund der multiplen Grundformen und der Zuschnittfähigkeit, insbesondere des solarthermischen Kollektors, möglich ist. Zudem kann ein hoher Wirkungsgrad wegen der geringen Temperaturdifferenz zwischen der Solarthermie und der Photovoltaik erzielt werden. Die Materialbelastung der Solarthermie-Kollektoren ist zudem gering, da dieser durch die PV-Module verdeckt verlegt wird. Weiterhin wird statt der Wärmestrahlung, die bei Solarthermie-Kollektoren in der Regel genutzt wird, bei dem erfindungsgemäß vorzugsweise eingesetzten Solarthermie-Kollektor zusätzlich oder ausschließlich Wärmeleitung genutzt. Zudem ist erfindungsgemäß eine Rückkopplung des Latentwärmespeichers mit der Solarthermie möglich. Zudem bietet die Bauform des Solarenergiesystems aus solarthermischen Kollektoren und darauf vorgesehenen Photovoltaik-Modulen geringere Kosten pro Flächeneinheit, da wesentliche Kostentreiber wegfallen, wie beispielsweise Glas, Rahmen oder Absorber. Schließlich besteht bei dem erfindungsgemäß vorzugsweise verwendeten Solarthermie-Kollektor gegenüber sogenannten PVT Kollektoren ein deutlich reduzierter Aufwand an Steckverbindern.The use of a solar energy system in which the photovoltaic modules are combined with the solar thermal collectors but are present as individual components in the energy concept system has a number of advantages. In particular, a high energy yield can be achieved by high surface occupation density, which in turn is possible due to the flexible installation due to the multiple basic shapes and the ability to cut, in particular the solar thermal collector. In addition, a high efficiency can be achieved because of the low temperature difference between the solar thermal and the photovoltaic. The material load of the solar thermal collectors is also low because it is covered by the PV modules concealed. Furthermore, instead of the thermal radiation which is generally used in solar thermal collectors, in the solar thermal collector preferably used according to the invention additionally or exclusively heat conduction is used. In addition is According to the invention, a feedback of the latent heat storage with solar thermal possible. In addition, the design of the solar energy system from solar thermal collectors and photovoltaic modules provided therefor lower costs per unit area, as there are no significant cost drivers, such as glass, frame or absorber. Finally, in the case of the solar thermal collector which is preferably used according to the invention, there is a significantly reduced outlay on connectors compared with so-called PVT collectors.

Als Photovoltaik-Modul kann erfindungsgemäß ein Photovoltaik-Modul verwendet werden, das zumindest eine Photovoltaik-Zelle aufweist, die in einem Grundkörper zumindest teilweise aufgenommen und der Grundkörper einen Dachziegelersatz für ein Gebäude darstellt. Das Photovoltaik-Modul weist vorzugsweise eine Breite von 200mm bis 500mm, vorzugsweise 300mm bis 400mm, und eine Länge von 200mm bis 500mm, vorzugsweise 300mm bis 400mm auf. Diese Größe, das heißt die maximalen Abmessungen, des PV-Moduls ist zum einen klein genug, um geometrischen Formen des Daches eines Gebäudes folgend so verlegt werden zu können, dass zum einen eine möglichst große Dachfläche von den PV-Modulen abgedeckt ist. Zum anderen wird durch die geringe Größe auch ein Aussparen von Bereichen des Daches auf einfache Weise ermöglicht, die unabhängig vom Sonnenstand oder zumindest über einen überwiegenden Zeitraum im Schatten liegen, beispielsweise bei Gauben. Andererseits sind die Mindestmaße des PV-Moduls so bemessen, dass in dem Modul eine oder mehrere Solarzellen aufgenommen werden können, die jeweils eine Abmessung aufweisen, die zum Einen zur Aufnahme von Solarenergie geeignet sind und zum anderen einen minimalen Montage- und insbesondere Verkabelungsaufwand notwendig machen. Beispielsweise werden in dem PV-Modul Solarzellen eingesetzt, die ein Kantenmaß von 156mm oder bis zu 200mm aufweisen. Bei dieser Größe der Solarzellen können in dem PV-Modul zwei bis drei Solarzellen benachbart zueinander in Längsrichtung und in Breitenrichtung angeordnet werden. Vorzugsweise weist das PV-Modul mindestens eine starre Steckverbindungsvorrichtung zur Verbindung, insbesondere zur elektrischen und/oder mechanischen Verbindung, mit mindestens einem weiteren PV-Modul auf. Vorzugsweise besteht der Grundkörper des Photovoltaik-Moduls aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Silizium entspricht. Auf diese Weise wird es möglich, die Solarzellen des PV-Moduls unmittelbar mit dem Material des Grundkörpers zu umgeben, das heißt diese in das Material des Grundkörpers formschlüssig aufzunehmen, ohne eine Beschädigung der Solarzellen bei eine Temperaturänderung in der Umgebung befürchten zu müssen. Besonders bevorzugt besteht der Grundkörper des Photovoltaik-Moduls aus einem Mineralguss, insbesondere aus Polymerbeton. In dem Material des Grundkörpers kann Graphit aufgenommen sein. Durch Zugabe von Graphit kann beispielsweise eine schwarze Farbe des Grundkörpers erzielt werden. Einer durch Zugabe dieses Materials erhöhte elektrische Leitfähigkeit kann durch Anbringen einer Isolierfolie an der Unterseite des PV-Moduls Rechnung getragen werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass das PV-Modul neben der Umwandlung von Solarenergie in Strom mittels der Solarzellen auch als Wärmeleitelement zu dem solarthermischen Kollektor dienen kann. In der Rückseite des Grundkörpers des Photovoltaik-Moduls kann mindestens eine Vertiefung zur Aufnahme zumindest eines elektronischen Bauteils des Photovoltaik-Moduls vorgesehen sein. Indem in dieser Ausführungsform in dem Grundkörper des PV-Moduls selber eine Aufnahme von elektronischen Bauteilen ermöglicht wird, wird der Gesamtaufbau des PV-Moduls weiter vereinfacht. Insbesondere kann das Vorsehen von zusätzlichen Verkabelungen zu einem separaten Elektronikkasten entfallen. Das Photovoltaik-Modul umfasst vorzugsweise eine Bypass-Diode, die in der mindestens einen Vertiefung in der Rückseite des Grundkörpers des Photovoltaik-Moduls aufgenommen ist. Hierdurch kann bei einer Verschattung eines PV-Moduls, bei der es zu einem Ausfall der Solarzellen kommen würde, ein zu hoher Strom vermieden werden.As a photovoltaic module according to the invention, a photovoltaic module can be used which has at least one photovoltaic cell, which is at least partially included in a body and the body represents a roof tile replacement for a building. The photovoltaic module preferably has a width of 200mm to 500mm, preferably 300mm to 400mm, and a length of 200mm to 500mm, preferably 300mm to 400mm. This size, that is the maximum dimensions, of the PV module is on the one hand small enough to be laid following geometrical shapes of the roof of a building so that on the one hand the largest possible roof area is covered by the PV modules. On the other hand, the small size also makes it possible to exclude areas of the roof in a simple manner, which are in shadow regardless of the position of the sun or at least for a predominant period of time, for example dormers. On the other hand, the minimum dimensions of the PV module are dimensioned so that one or more solar cells can be accommodated in the module, each having a dimension that are suitable on the one hand for receiving solar energy and on the other make a minimum installation and wiring in particular necessary , For example, in the PV module solar cells are used, which have an edge dimension of 156mm or up to 200mm. With this size of the solar cells, in the PV module, two to three solar cells can be arranged adjacent to each other in the longitudinal direction and in the width direction. Preferably, the PV module has at least one rigid plug connection device for connection, in particular for the electrical and / or mechanical connection, with at least one further PV module. Preferably, the main body of the photovoltaic module is made of a material whose thermal expansion coefficient corresponds to that of silicon. In this way, it becomes possible to surround the solar cells of the PV module directly with the material of the base body, that is to include these in the material of the body form-fitting, without having to fear damage to the solar cell with a change in temperature in the environment. Particularly preferably, the main body of the photovoltaic module consists of a mineral casting, in particular of polymer concrete. In the material of the body graphite can be added. By adding graphite, for example, a black color of the base body can be achieved. An increased by the addition of this material electrical conductivity can be accommodated by attaching an insulating film on the bottom of the PV module. This embodiment has the advantage that, in addition to the conversion of solar energy into electricity by means of the solar cells, the PV module can also serve as a heat conducting element to the solar thermal collector. At least one recess for receiving at least one electronic component of the photovoltaic module can be provided in the rear side of the main body of the photovoltaic module. By allowing in this embodiment in the main body of the PV module itself recording of electronic components, the overall structure of the PV module is further simplified. In particular, the provision of additional wiring to a separate electronics box can be omitted. The photovoltaic module preferably comprises a bypass diode, which is accommodated in the at least one recess in the back of the main body of the photovoltaic module. This can be avoided in a shading of a PV module, which would lead to a failure of the solar cells, too high a current.

Mit einem solchen bevorzugten Solarenergiesystem, kann im Segment der Stromversorgung auf bislang ungenutzten Dachflächen eine Stromerzeugung ermöglicht werden. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass die Photovoltaik sich dem vorhandenen Dachportfolio anpasst.With such a preferred solar energy system, electricity generation can be made possible in the segment of the power supply on previously unused roof areas. This is achieved in particular by the fact that the photovoltaic adapts to the existing roofing portfolio.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Energiekonzeptsystems nach der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Photovoltaikmodul abgegebene Wärmeenergie zumindest teilweise durch den solarthermischen Kollektor genutzt wird.According to a further aspect, the object is achieved by a method for operating an energy concept system according to the present invention. The method is characterized in that the heat energy emitted by the photovoltaic module is at least partially utilized by the solar thermal collector.

Vorteile und Merkmale, die bezüglich des Verfahrens beschrieben werden, gelten – soweit anwendbar – entsprechend für das erfindungsgemäße Energiekonzeptsystem und umgekehrt.Advantages and features that are described with respect to the method apply - as far as applicable - accordingly for the energy concept system according to the invention and vice versa.

Vorzugsweise wird der von dem Photovoltaik-Modul erzeugte Strom zumindest teilweise zum Betreiben der Wärmepumpe verwendet. Gemäß einer Ausführungsform wird die Temperatur des Photovoltaik-Moduls durch Kopplung des solarthermischen Kollektors mit dem Latentwärmespeicher eingestellt. Preferably, the power generated by the photovoltaic module is at least partially used to operate the heat pump. According to one embodiment, the temperature of the photovoltaic module is adjusted by coupling the solar thermal collector with the latent heat storage.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wärmepumpe verwendet, um latent gespeicherte Wärme bei Bedarf auf ein höheres Niveau zu heben.According to a preferred embodiment, the heat pump is used to be latent store stored heat to a higher level if necessary.

Vorzugsweise wird sensible Wärme in einem Kurzzeitspeicher zwischengespeichert. Die Erfindung wird im Folgenden erneut unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben. Es zeigen:Preferably, sensible heat is temporarily stored in a temporary memory. The invention will be further described below with reference to the accompanying drawings. Show it:

1: ein schematisches Blockschaubild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiekonzeptsystems; 1 a schematic block diagram of an embodiment of an energy concept system according to the invention;

2: ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiekonzeptsystems; 2 a schematic diagram of an embodiment of an energy concept system according to the invention;

3a3d: eine Übersicht exemplarischer Betriebszustände des Energiekonzeptsystems; und 3a - 3d : an overview of exemplary operating states of the energy concept system; and

4: eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines solarthermischen Kollektors des Energiekonzeptsystems mit Photovoltaik-Modulen. 4 : A schematic side view of an embodiment of a solar thermal collector of the energy concept system with photovoltaic modules.

In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiekonzeptsystems 1 schematisch gezeigt.In 1 is an embodiment of the energy concept system according to the invention 1 shown schematically.

Das Energiekonzeptsystem umfasst ein Solarenergiesystem, das in der dargestellten Ausführungsform eine Solarthermie 11 und eine Photovoltaik 10 umfasst. Die Solarthermie 11 besteht hierbei aus mehreren solarthermischen Kollektoren 2 und die Photovoltaik 10 aus mehreren Photovoltaik-Modulen 3. In der 1 sind schematisch fünf Photovoltaik-Module 3 und drei solarthermische Kollektoren 2 gezeigt. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anzahlen oder dieses Verhältnis der Anzahlen beschränkt. Die Photovoltaik 10 ist auf der Solarthermie 11 angeordnet. The energy concept system includes a solar energy system, which in the illustrated embodiment is solar thermal 11 and a photovoltaic 10 includes. The solar thermal 11 consists of several solar thermal collectors 2 and the photovoltaic 10 from several photovoltaic modules 3 , In the 1 are schematic five photovoltaic modules 3 and three solar thermal collectors 2 shown. However, the invention is not limited to these numbers or this ratio of numbers. The photovoltaic 10 is on solar thermal 11 arranged.

Die Photovoltaik 10 und die Solarthermie 11 bilden die Erzeugungsebene E des Energiekonzeptsystems 1. The photovoltaic 10 and the solar thermal 11 form the generation level E of the energy concept system 1 ,

Der genauere Aufbau einer Ausführungsform der Photovoltaik 10 und der Solarthermie 11 ist in 4 gezeigt, in der der solarthermische Kollektor mit 2 und das Photovoltaik-Modul mit 3 bezeichnet ist.The detailed structure of an embodiment of the photovoltaic 10 and solar thermal 11 is in 4 shown in the solar thermal collector with 2 and the photovoltaic module with 3 is designated.

In einer Managementebene M des Energiekonzeptsystems 1 sind ein Latentwärmespeicher 12, eine Wärmepumpe 13, ein Wärmetauscher 14, ein Kurzzeitwärmespeicher 15 sowie ein weiterer Wärmetauscher 17 vorgesehen. Optional kann die Managementebene M, wie dargestellt, auch noch einen Kurzzeitstromspeicher 16 umfassen. In a management level M of the energy concept system 1 are a latent heat storage 12 , a heat pump 13 , a heat exchanger 14 , a short-term heat storage 15 as well as another heat exchanger 17 intended. Optionally, the management level M, as shown, also a short-term power storage 16 include.

Die Solarthermie 11, insbesondere die solarthermischen Kollektoren 2 sind strömungstechnisch mit der Wärmepumpe 14 verbunden, die wiederum sowohl mit dem Latentwärmespeicher 12 als auch der Wärmepumpe 13 verbunden ist. Die Wärmepumpe 13 wiederum steht mit dem Kurzzeitwärmespeicher 15 in Verbindung. Auch der Wärmetauscher 14 steht mit dem Kurzzeitwärmespeicher 15 in Verbindung.The solar thermal 11 , in particular the solar thermal collectors 2 are fluidic with the heat pump 14 connected, in turn, both with the latent heat storage 12 as well as the heat pump 13 connected is. The heat pump 13 again stands with the short-term heat storage 15 in connection. Also the heat exchanger 14 stands with the short-term heat storage 15 in connection.

Von dem Wärmetauscher 14 oder dem dem Kurzzeitwärmespeicher 15 zugeordneten Wärmetauscher 17, stehen die Komponenten der Managementebene M des Energiekonzeptsystem mit Komponenten des Gebäudes in Verbindung. In dieser Ebene, die auch als Verbraucherebene V bezeichnet werden kann, ist in der dargestellten Ausführungsform die Heizung/Kühlung H/K des Gebäudes, die Warmwasserversorgung WW sowie Stromverbraucher, wie Geräte und Licht G/L gezeigt. Der Wärmetauscher 14 und der Kurzzeitwärmespeicher 15 stehen mit der Heizung/Kühlung H/K in Verbindung. Zudem ist der Kurzzeitwärmespeicher 15 über den Wärmetauscher 17 mit der Warmwasserversorgung WW verbunden.From the heat exchanger 14 or the short-term heat storage 15 associated heat exchanger 17 , the components of the management level M of the energy concept system are connected to components of the building. In this level, which can also be referred to as consumer level V, in the illustrated embodiment, the heating / cooling H / K of the building, the hot water supply WW and electricity consumers, such as appliances and light G / L shown. The heat exchanger 14 and the short-term heat storage 15 are connected to the heating / cooling H / K. In addition, the short-term heat storage 15 over the heat exchanger 17 connected to the hot water supply WW.

Über die Blockpfeile in 1 ist das Beladen beziehungsweise Kühlen der einzelnen Komponenten angedeutet, wobei die gestrichelten Blockpfeile die Richtung beim Kühlen und die durchgezogenen Blockpfeile die Richtung beim Beladen angeben. Die geraden Pfeile in 1 geben die Richtung der Energieübertragung an.About the block arrows in 1 the loading or cooling of the individual components is indicated, wherein the dashed block arrows indicate the direction during cooling and the solid block arrows indicate the direction during loading. The straight arrows in 1 indicate the direction of energy transfer.

Hieraus ergibt sich, dass aus der Solarthermie 11 beispielsweise eine Temperatur von 5–45°C an den Wärmetauscher 14 übertragen werden kann. Zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Langzeitspeicher 12 können Temperaturen im Bereich von 0 bis 20°C übertragen werden. Zwischen Wärmetauscher 14 und Wärmepumpe 13 können Temperaturen von 0–35°C übertragen werden. Von der Wärmepumpe 13 können Temperaturen von beispielsweise 55°C an den Kurzzeitwärmespeicher 15 übertragen werden. Schließlich können beispielsweise an die Heizung/Kühlung H/K des Gebäudes Temperaturen von 30 von dem Wärmetauscher 14 und beispielsweise von 35–45°C von dem Kurzzeitwärmespeicher 15 übertragen werden. Für die Warmwasserversorgung WW können von dem Kurzzeitwärmespeicher 15 beispielsweise Temperaturen von 52°C bereitgestellt werden.It follows that from the solar thermal 11 For example, a temperature of 5-45 ° C to the heat exchanger 14 can be transferred. Between the heat exchanger 14 and the long-term storage 12 Temperatures in the range of 0 to 20 ° C can be transmitted. Between heat exchanger 14 and heat pump 13 Temperatures of 0-35 ° C can be transmitted. From the heat pump 13 Temperatures of, for example 55 ° C to the short-term heat storage 15 be transmitted. Finally, for example, to the heating / cooling H / K of the building temperatures of 30 from the heat exchanger 14 and, for example, 35-45 ° C from the short-term heat storage 15 be transmitted. For the hot water supply WW can from the short-term heat storage 15 For example, temperatures of 52 ° C can be provided.

Bezüglich der elektrischen Energie, die aus der Photovoltaik 10 erhalten werden kann, ist die mögliche Verwendung in der 1 mit den strich-punktierten Pfeilen angedeutet. So kann zumindest ein Teil der elektrischen Energie von der Photovoltaik 10 an der Wärmepumpe 13 für deren Betrieb bereit gestellt werden. Ein weiterer Teil der elektrischen Energie kann für die Stromverbraucher des Gebäudes, wie beispielsweise Geräte und Licht G/L bereit gestellt werden. Zudem kann optional zumindest ein Teil der elektrischen Energie dem Kurzzeitstromspeicher 16 zur Verfügung gestellt werden. Schließlich kann ein weiterer Teil auch anderen Stromnetzen oder Speichern zugeführt werden.Regarding the electrical energy coming from the photovoltaic 10 can be obtained is the possible use in the 1 indicated by the dash-dotted arrows. So at least part of the electrical energy from the photovoltaic 10 at the heat pump 13 be provided for their operation. Another part of the electrical energy can be used for electricity consumers Building, such as appliances and light G / L. In addition, optionally at least a part of the electrical energy can be used for the short-time current storage 16 to provide. Finally, another part can be supplied to other power grids or storage.

Anhand der 3a bis 3d, die verschiedene mögliche Betriebszustände des Energiekonzeptsystems 1 zeigt, wird die Funktionsweise des Energiekonzeptsystems 1 unter Bezugnahme auf das Ausführungsbeispiel von 1 beschrieben. In 3a bis 3d sind hierbei Beispiele exemplarischer Tagesabläufen mit der Abfolge der verschiedenen Betriebszustände gezeigt, wobei jeweils die Aktivitäten der einzelnen Komponenten angegeben sind. Der Latentspeicher 12 ist darüber hinaus zusätzlich entweder mit Entladen oder Beladen gekennzeichnet.Based on 3a to 3d , the various possible operating states of the energy concept system 1 shows, the functioning of the energy concept system 1 with reference to the embodiment of 1 described. In 3a to 3d In this case, examples of exemplary daily routines with the sequence of the various operating states are shown, whereby the activities of the individual components are indicated in each case. The latent memory 12 In addition, it is additionally marked with either unloading or loading.

Insgesamt können hierbei neun grundsätzliche Betriebszustände definiert werden:
Der erste Betriebszustand ist das Heizen mit Latentspeicher 12 als Energiequelle. Hierbei ist die Wärmepumpe 13 aktiv, der Latentspeicher 12 wird entladen und es bestehen keine Aktivitäten bei der Solarthermie 11 und Photovoltaik 10.
In total, nine basic operating states can be defined here:
The first operating state is heating with latent storage 12 as an energy source. Here is the heat pump 13 active, the latent memory 12 is discharged and there are no activities in solar thermal 11 and photovoltaic 10 ,

Der zweite Betriebszustand ist die Regenerationsphase Stufe 1. Hierbei sind die Solarthermie 11 und Photovoltaik 10 aktiv, die Heizung H/K und die Wärmepumpe 13 sind ausgeschaltet und der Latentspeicher 12 wird durch die Solarthermie 11 beladen.The second operating state is the regeneration phase stage 1 , Here are the solar thermal 11 and photovoltaic 10 active, the heating H / K and the heat pump 13 are off and the latent memory 12 is through the solar thermal 11 loaded.

Der dritte Betriebszustand ist die bevorzugte Warmwasserzeugung mit der Solarthermie 11 als Quelle. Hierbei sind die Solarthermie 11 und Photovoltaik 10 aktiv, die Heizung H/K ist aus, die Wärmepumpe 13 ist aktiv und die Solarthermie 11 bietet hohe Quelltemperaturen. Beispielsweise können einige 100 Liter Warmwasser erzeugt werden.The third operating state is the preferred hot water production with solar thermal energy 11 as a source. Here are the solar thermal 11 and photovoltaic 10 active, the heating H / K is off, the heat pump 13 is active and the solar thermal 11 offers high source temperatures. For example, some may 100 Liters of hot water are generated.

Der vierte Betriebszustand ist die alternative Warmwassererzeugung mit dem Latentspeicher 12 als Quelle. Hierbei besteht bei Solarthermie 11 und Photovoltaik 10 keine Aktivität. Die Heizung H/K ist aus. Die Wärmepumpe 13 ist aktiv und der Latentspeicher 12 stellt die Wärmequelle dar.The fourth operating state is the alternative hot water generation with the latent storage 12 as a source. This is solar thermal 11 and photovoltaic 10 no activity. The heating H / K is off. The heat pump 13 is active and the latent memory 12 represents the heat source.

Der fünfte Betriebszustand ist das Heizen mit Solarthermie 11. Hierbei sind Solarthermie 11 und Photovoltaik 10 aktiv. Die Heizung H/K und die Wärmepumpe 13 sind aktiv und die Warmwassererzeugung WW ist abgeschlossen.The fifth operating state is solar thermal heating 11 , Here are solar thermal 11 and photovoltaic 10 active. The heating H / K and the heat pump 13 are active and DHW production is complete.

Der sechste Betriebszustand ist die Regenerationsphase Stufe 2. Hierbei wird zur Solarthermie 11 zusätzlich im Parallelbetrieb das Gebäude gekühlt.The sixth operating state is the regeneration phase stage 2 , This is the solar thermal 11 in addition, the building cooled in parallel operation.

Der siebte Betriebszustand ist die Regenerationsphase Stufe 3. Hierbei kann optional bei hoher Außentemperatur und erhöhtem Regenerationsbedarf die Regenerationsphase erweitert und vom Photovoltaik 10 Betrieb abgekoppelt werden.The seventh operating state is the regeneration phase stage 3 , In this case, the regeneration phase can optionally be extended at high outside temperature and increased regeneration demand and from the photovoltaic 10 Operation can be decoupled.

Der achte Betriebszustand ist die Akkubeladung. Dies ist eine Phase hoher Stromerzeugung. Das Laden des Akkumulators 15 hat grundsätzlich nachrangige Priorität gegenüber dem Gebäudestrombedarf G/L und der Warmwassererzeugung WW.The eighth operating state is the battery charge. This is a phase of high power generation. Charging the accumulator 15 has always a subordinate priority over the building electricity demand G / L and the hot water production WW.

Im neunten Betriebszustand bestehen keine Aktivitäten.There are no activities in the ninth operating state.

Technische Details, insbesondere an welchen Stellen in dem Kreislauf Ventile für die beschriebenen Betriebszustände vorgesehen sind und welcher Art diese sind, lässt sich aus 2 entnehmen, die ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Energiekonzeptsystems zeigt.Technical details, in particular at which points in the circuit valves are provided for the operating conditions described and what kind they are, can be 2 which shows a schematic diagram of an embodiment of an energy concept system according to the invention.

In der 4 ist eine Ausführungsform der Solarthermie 11 und der Photovoltaik 10 gezeigt. Wie sich aus dieser Ansicht ergibt, umfasst der solarthermischen Kollektors 2 einen Grundkörper 20. Die Unterseite des Grundkörpers 20 ist eben. An der Oberseite des Grundkörpers 20 sind mehrere Aufnahmeflächen gebildet. In der Ansicht in 4 sind drei Auflageflächen gezeigt. Die Aufnahmeflächen verlaufen alle nach rechts geneigt in einem Winkel zu der Unterseite des Grundkörpers 20 des solarthermischen Kollektors 2 und damit zu der Unterseite des solarthermischen Kollektors 2. In dem Grundkörper 20 sind Nuten vorgesehen, die in der Oberseite des Grundkörpers 20 enden. In diesen Nuten verlaufen die oberen Teile eine Leitungsrohres 21. Das Leitungsrohr 21 besteht in der dargestellten Ausführungsform aus zwei Verbindungsrohren 211, von denen in der 4 nur eines zu sehen ist, und einer Harfenverrohrung 210. Das Verbindungsrohr 211 ragt in 4 in die Zeichenebene. Die Harfenverrohrung 210 erstreckt sich in Längsrichtung des Grundkörpers 20. Über die Länge des Teils der Harfenverrohrung 210, der aus einem durchgehenden Rohr besteht und im unteren Bereich des Grundkörpers 20 verläuft, zweigen eine Reihe von Rohren in Richtung auf die Oberseite des Grundkörpers 20 nach oben ab. Jedes diese abgezweigten Rohre endet an der Oberseite des Grundkörpers 20 mit einer Krümmung. Über die Krümmung gehen die nach oben gerichteten Rohre in Rohre über, die entlang der Oberfläche des Grundkörpers und insbesondere entlang der Aufnahmefläche 201 verlaufen. Diese Rohre verlaufen in der Breitenrichtung des Grundkörpers 20, die in der gezeigten Ansicht in die Zeichenebene gerichtet ist.In the 4 is an embodiment of solar thermal 11 and the photovoltaic 10 shown. As can be seen from this view, the solar thermal collector includes 2 a basic body 20 , The underside of the main body 20 is just. At the top of the main body 20 Several receiving surfaces are formed. In the view in 4 three bearing surfaces are shown. The receiving surfaces are all inclined to the right at an angle to the bottom of the body 20 of the solar thermal collector 2 and thus to the bottom of the solar thermal collector 2 , In the main body 20 are grooves provided in the top of the main body 20 end up. In these grooves, the upper parts of a conduit run 21 , The pipe 21 consists in the illustrated embodiment of two connecting pipes 211 of which in the 4 only one can be seen, and a harp piping 210 , The connecting pipe 211 sticks out in 4 in the drawing plane. The harp piping 210 extends in the longitudinal direction of the body 20 , About the length of the part of the harp piping 210 , which consists of a continuous tube and in the lower part of the body 20 runs, branches a series of pipes in the direction of the top of the body 20 upwards. Each of these branched tubes ends at the top of the body 20 with a curvature. About the curvature of the upwardly directed pipes pass into tubes, along the surface of the body and in particular along the receiving surface 201 run. These tubes extend in the width direction of the body 20 , which is directed in the view shown in the drawing plane.

Auf den Aufnahmeflächen ist in der dargestellten Ausführungsform eine Metallfolie 22 aufgebracht. Zwischen den geneigten Aufnahmeflächen ist aufgrund der Neigung und des Versatzes der Aufnahmeflächen zueinander jeweils ein Absatz 25 gebildet. In den Aufnahmeflächen sind Metallschienen 23 eingebracht. Diese erstrecken sich in der Längsrichtung des Grundkörpers 20. Die Metallschienen 23 weisen ein L-förmiges Profil auf und sind so ausgerichtet, dass ein Schenkel entlang der Aufnahmefläche und der andere Schenkel in das Innere des Grundkörpers 20 gerichtet ist. In Längsrichtung des solarthermischen Kollektors 2 verlaufen an dem vorderen und hinteren Rand des Grundkörpers 20 in der Unterseite Querstreben 24. Diese verstärken den vorzugsweise aus einer Schaummatte bestehenden Grundkörper 20.On the receiving surfaces in the illustrated embodiment is a metal foil 22 applied. Between the inclined receiving surfaces due to the inclination and the offset of the receiving surfaces to each other is a paragraph 25 educated. In the receiving surfaces are metal rails 23 brought in. These extend in the longitudinal direction of the base body 20 , The metal rails 23 have an L-shaped profile and are aligned so that one leg along the receiving surface and the other leg in the interior of the body 20 is directed. In the longitudinal direction of the solar thermal collector 2 extend at the front and rear edge of the body 20 in the bottom cross struts 24 , These reinforce the body preferably consisting of a foam mat 20 ,

In 4 ist der solarthermische Kollektor 2 mit darauf aufgebrachten Photovoltaik-Modulen 3 gezeigt. Die Photovoltaik-Module 3 bilden zusammen mit dem solarthermischen Kollektor 2 eine Ausführungsform des Solarenergiesystems, das gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise in dem Energiekonzeptsystem 1 eingesetzt werden kann.In 4 is the solar thermal collector 2 with applied photovoltaic modules 3 shown. The photovoltaic modules 3 form together with the solar thermal collector 2 an embodiment of the solar energy system according to the present invention preferably in the energy concept system 1 can be used.

Die Photovoltaik-Module 3 weisen an deren Unterseite jeweils mindestens einen Modulhaken 30, der ein L-förmiges Profil aufweist und sind so ausgerichtet ist, dass ein Schenkel entlang der Unterseite des Photovoltaik-Moduls 3 und der andere Schenkel nach unten weg von der Unterseite gerichtet ist. Über diesen Modulhaken 30, der auch als Haken bezeichnet wird, kann das Photovoltaik-Modul 3 an der Metallschiene 23 des solarthermischen Kollektors 2 eingehängt werden. Hierzu ist im Bereich der Metallschiene 23 in dem Grundkörper 20 vorzugsweise ein Schlitz entlang der Länge der Metallschiene 23 vorgesehen. In dem in der 4 jeweils rechten Bereich, der im montierten Zustand des Solarenergiesystems den oberen Bereich des Photovoltaik-Moduls 3 darstellt, sind in dem Photovoltaik-Modul 3 keine Photovoltaik-Zellen vorgesehen. In diesem Bereich überlappen die auf den geneigten Auflageflächen aufgelegten und über die Haken 30 fixierten Photovoltaik-Module 3 einander. The photovoltaic modules 3 each have at least one module hook on the underside thereof 30 , which has a L-shaped profile and are aligned so that a leg along the bottom of the photovoltaic module 3 and the other leg is directed downwards away from the bottom. About this module hook 30 , which is also referred to as a hook, can be the photovoltaic module 3 on the metal rail 23 of the solar thermal collector 2 be hung. This is in the area of the metal rail 23 in the main body 20 preferably a slot along the length of the metal rail 23 intended. In the in the 4 each right-hand area, which in the assembled state of the solar energy system, the upper portion of the photovoltaic module 3 are in the photovoltaic module 3 no photovoltaic cells provided. In this area overlap the laid on the inclined bearing surfaces and over the hooks 30 fixed photovoltaic modules 3 each other.

Die Unterseite der Photovoltaik-Module 3 liegt auf der Aufnahmefläche auf. Da in dieser auch ein Teil des Leitungsrohres 21, insbesondere der Harfenverrohrung 210 verläuft, kann in diesem Bereich eine unmittelbare Wärmeübertragung von dem Photovoltaik-Modul 3 auf das Leitungsrohr 21 erfolgen. The bottom of the photovoltaic modules 3 lies on the receiving surface. Because in this part of the pipe 21 , in particular the harp piping 210 runs, can in this area an immediate heat transfer from the photovoltaic module 3 on the conduit 21 respectively.

Mit der vorliegenden Erfindung können durch die geeignete Verbindung des beziehungsweise der Photovoltaik-Module mit einem oder mehreren solarthermischen Kollektoren zusammen mit einem Latentwärmespeicher und einer Wärmepumpe eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Insbesondere kann eine Effizienzsteigerung durch mechanischen Kontakt der Solarthermie mit der Photovoltaik erzielt werden. Die Effizienz kann zudem durch Rückkopplung des Latentwärmespeichers mit der Solarthermie erhöht werden. Zudem kann die Photovoltaik zumindest einen Teil des zum Betreiben einer Wärmepumpe erforderlichen Strombedarfs liefern.With the present invention, a number of advantages can be achieved by the appropriate connection of the or the photovoltaic modules with one or more solar thermal collectors together with a latent heat storage and a heat pump. In particular, an increase in efficiency can be achieved by mechanical contact of the solar thermal with the photovoltaic. The efficiency can also be increased by feedback of the latent heat storage with solar thermal energy. In addition, the photovoltaic can provide at least a portion of the power required to operate a heat pump.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Energiekonzeptsystem Energy Concept System
1010
Photovoltaik photovoltaics
1111
Solarthermie Solar Thermal
1212
Latentwärmespeicher Latent heat storage
1313
Wärmepumpe heat pump
130130
Wärmepumpe-Einheit Heat pump unit
1414
Wärmetauscher heat exchangers
1515
Kurzzeitwärmespeicher Short-term heat storage
1616
Kurzzeitstromspeicher Short-term power storage
1717
Wärmetauscher heat exchangers
22
Solarthermischer Kollektor Solar thermal collector
2020
Grundkörper body
2121
Leitungsrohr Pipeline
210210
Harfenverrohrung Harp piping
211211
Verbindungsrohr connecting pipe
2222
Metallfolie metal foil
2323
Schiene rail
2424
Querträger crossbeam
2525
Absatz paragraph
33
Photovoltaik Modul Photovoltaic module
3030
Modulhaken module hooks
Ee
Erzeugungsebene forming plane
MM
Managementebene management level
VV
Verbraucherebene consumer level
H / K H / K
Heizung / KühlungHeating / cooling
WWWW
Warmwasser hot water
G /L G / L
Geräte, LichtAppliances, light
SS
Strombezug power purchase
HYHY
Hydraulik hydraulic

Claims (11)

Energiekonzeptsystem, das zumindest einen solarthermischen Kollektor (2) zur Gewinnung von Wärmeenergie aus Solarenergie, zumindest einen Latentwärmespeicher (12) zur Speicherung von Wärmeenergie, zumindest eine Wärmepumpe (13) zur zumindest zeitweiligen Einbringung von Wärmeenergie und zumindest ein Photovoltaik-Modul (3), das zumindest teilweise dem solarthermischen Kollektor (2) Wärmeenergie zuführt, umfasst.Energy Concept System that includes at least one solar thermal collector ( 2 ) for the production of heat energy from solar energy, at least one latent heat storage ( 12 ) for storing heat energy, at least one heat pump ( 13 ) for the at least temporary introduction of thermal energy and at least one photovoltaic module ( 3 ), at least partially the solar thermal collector ( 2 ) Supplies thermal energy. Energiekonzeptsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Photovoltaik-Modul (3) mit der Wärmepumpe (13) zur zumindest zeitweiligen Stromversorgung der Wärmepumpe (13) verbunden ist.Energy concept system according to claim 1, characterized in that the photovoltaic module ( 3 ) with the heat pump ( 13 ) for at least temporary power supply of the heat pump ( 13 ) connected is. Energiekonzeptsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Latentwärmespeicher (12) einen Niedertemperatur-Wärmespeicher, insbesondere ein Eisspeicher, ist. Energy concept system according to one of claims 1 or 2, characterized in that the latent heat storage ( 12 ) is a low-temperature heat storage, in particular an ice storage, is. Energiekonzeptsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der solarthermische Kollektor (3) als Niedertemperatur-Kollektor betrieben wird.Energy concept system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the solar thermal collector ( 3 ) is operated as a low temperature collector. Energiekonzeptsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieses einen Kurzzeitspeicher (15) zur Speicherung von Wärme, insbesondere in Form eines Schichtenspeichers, umfasst.Energy concept system according to one of claims 1 to 4, characterized in that this a short-term memory ( 15 ) for storing heat, in particular in the form of a stratified storage device. Energiekonzeptsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiekonzeptsystem zumindest einen Ausgang zur Heizungsanlage und/oder Kühlanlage (H/K) eines Gebäudes aufweist und/oder einen Ausgang zur Wärmwasserversorgung (WW) aufweist. Energy concept system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the energy concept system has at least one output to the heating system and / or cooling system (H / K) of a building and / or has an output to the hot water supply (WW). Energiekonzeptsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Photovoltaik-Modul mit dem mindestens einen solarthermischen Kollektor in einem Solarenergiesystem aufgenommen ist und vorzugsweise das mindestens eine Photovoltaik-Modul auf dem mindestens einen solarthermischen Kollektor angeordnet ist.Energy concept system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one photovoltaic module is accommodated with the at least one solar thermal collector in a solar energy system and preferably the at least one photovoltaic module is arranged on the at least one solar thermal collector. Verfahren zum Betreiben eines Energiekonzeptsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Photovoltaik-Modul (3) abgegebene Wärmeenergie zumindest teilweise durch den solarthermischen Kollektor (2) genutzt wird.Method for operating an energy concept system according to one of claims 1 to 7, characterized in that that of the photovoltaic module ( 3 ) at least partially by the solar thermal collector ( 2 ) is being used. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Photovoltaik-Modul (3) erzeugte Strom zumindest teilweise zum Betreiben der Wärmepumpe (13) verwendet wird.Method according to claim 8, characterized in that that of the photovoltaic module ( 3 ) at least partially for operating the heat pump ( 13 ) is used. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Photovoltaik-Moduls (3) durch Kopplung des solarthermischen Kollektors (2) mit dem Latentwärmespeicher (12) eingestellt werden kann.Method according to claim 8 or 9, characterized in that the temperature of the photovoltaic module ( 3 ) by coupling the solar thermal collector ( 2 ) with the latent heat storage ( 12 ) can be adjusted. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmepumpe (13) verwendet wird, um latent gespeicherte Wärme bei Bedarf auf ein höheres Niveau zu heben.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the heat pump ( 13 ) is used to raise latent stored heat to a higher level when needed.
DE201210104996 2012-06-11 2012-06-11 Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector Ceased DE102012104996A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210104996 DE102012104996A1 (en) 2012-06-11 2012-06-11 Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210104996 DE102012104996A1 (en) 2012-06-11 2012-06-11 Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012104996A1 true DE102012104996A1 (en) 2013-12-12

Family

ID=49625827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210104996 Ceased DE102012104996A1 (en) 2012-06-11 2012-06-11 Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012104996A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3270066A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-17 Viessmann Werke GmbH & Co. KG Method for operating an energy supply system comprising a latent heat accumulator, energy supply system for carrying out the method, and collector field for an energy supply system
DE102016115649A1 (en) 2016-08-23 2018-03-01 Lidl Stiftung & Co. Kg Method for energy-efficient operation of a sales outlet
CN109140793A (en) * 2018-08-22 2019-01-04 东莞市天合机电开发有限公司 A kind of vacuum collecting heat pipe type solar water heater

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29912994U1 (en) * 1999-07-26 1999-11-04 Kuehling Michael Economical-ecological heating center for single-family houses, residential and commercial systems and control of the same
DE102005053582A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-16 Ahs Investitionsgmbh & Co Kg Combined heating and cooling device has solar collectors, heat pumps and removable storage and connected latent storages whereby combination of different kinds of collectors are used
DE102008041715A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Lüumel GmbH Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground
DE102011014640A1 (en) * 2010-03-26 2011-12-15 Jürgen Falkenstein Cooling device for photovoltaic elements and method for incorporating this in a building heating system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE29912994U1 (en) * 1999-07-26 1999-11-04 Kuehling Michael Economical-ecological heating center for single-family houses, residential and commercial systems and control of the same
DE102005053582A1 (en) * 2005-11-10 2007-05-16 Ahs Investitionsgmbh & Co Kg Combined heating and cooling device has solar collectors, heat pumps and removable storage and connected latent storages whereby combination of different kinds of collectors are used
DE102008041715A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Lüumel GmbH Heat and hot water supply, for a building, uses a solar energy installation with at least one storage buried in the ground
DE102011014640A1 (en) * 2010-03-26 2011-12-15 Jürgen Falkenstein Cooling device for photovoltaic elements and method for incorporating this in a building heating system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3270066A1 (en) * 2016-07-12 2018-01-17 Viessmann Werke GmbH & Co. KG Method for operating an energy supply system comprising a latent heat accumulator, energy supply system for carrying out the method, and collector field for an energy supply system
DE102016115649A1 (en) 2016-08-23 2018-03-01 Lidl Stiftung & Co. Kg Method for energy-efficient operation of a sales outlet
CN109140793A (en) * 2018-08-22 2019-01-04 东莞市天合机电开发有限公司 A kind of vacuum collecting heat pipe type solar water heater

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2694885B1 (en) Device and method for converting solar radiation energy to electrical power and/or to heat
DE10300427B4 (en) Solar system with heat pump
EP2719977B1 (en) Supply network
DE102008040028A1 (en) Energy conversion system for supplying e.g. electrical energy, to e.g. consumer in residential building, has Peltier converter receiving electrical energy from battery and/or another Peltier converter and delivering heat energy to consumer
EP2686633A1 (en) Latent heat accumulator and energy storage system having such latent heat accumulators
DE10048035B4 (en) Method and device for heating, hot water and electricity supply of buildings using solar energy
DE102008008652A1 (en) Thermal electrical accumulator for use in solar thermal plants for wash water heating and heating backup, comprises heat reservoir and cold reservoir, which are thermally separated, and arrangement of thermoelectric generators are provided
EP2713110B1 (en) Thermal energy supply installation with an open ground storage device
DE102012104996A1 (en) Energy concept system used for supplying power to e.g. refrigerator in building, has heat pump which distributes thermal energy to photovoltaic module through solar thermal collector
WO2013110396A1 (en) Combined heat and power plant and method for the operation thereof
EP2063193A1 (en) Method of air conditioning a building
WO2023084115A2 (en) Energy storage system for storing and providing thermal energy
DE102007019748A1 (en) Combined solar energy and geothermal energy heat generation system, uses ground-storage with insulation on three sides and open at bottom
DE102012010267A1 (en) System for supplying power to building, has heat pump device connected with electrical energy storage, and fluid conduit arrangement connected with heat pump device and partly underneath photovoltaic cell area of photovoltaic module
DE102016107627B4 (en) Arrangement for hot water and heating water production with at least partial use of regenerative electrical energy
DE102012212040B4 (en) Heat pump system and method for providing hot water
DE102014013614A1 (en) Solar heating with photovoltaic-thermal collector
EP2942570B1 (en) Geothermal heating installation
AT512138A1 (en) Plant for combined heat and power with combined heat storage
DE102013211682B4 (en) Solar system module with a photovoltaic module and liquid cooling and solar system with several solar modules
DE202013101076U1 (en) Hot water system for heating drinking water and / or heating water
DE202012009151U1 (en) Extended thermal energy supply system ,, solar heat manager "
DE102022132759A1 (en) System for supplying heat and cold to several consumers
DE102022121914A1 (en) Heat and cold storage with countercurrent heat exchanger
WO2008148435A2 (en) Method for generating electric and thermal power, and system for carrying out said method

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final